Beyin Dalgaları, Frekanslar ve Tedaviler

Güçlü Bir Dalga

 Beyin dalgaları ilk olarak Alman psikiyatrist Hans Berger tarafından fark edildi. 1929 da bir makale yayımladı ve insanların kafataslarına elektrotlar yerleştirerek gözlemlediği, tekrarlayan akım dalgalarını tanımladı. Bu, dünyanın ilk elektroenselogram (EEG) kaydı idi. Ama hiç kimse bunu önemsemedi. Berger, kariyerinin çoğunu, ruhsal olayların fizyolojik temellerini tanımlamaya çalışan tartışmalı bir kişilikti. Berger’in keşfi arkadaşları tarafından çok yıllar sonra, beyin aktivitelerine açılan bir pencere olarak kabul edildi.

Nöronlar, hücre içine ve dışına doğru olan iyon akışının oluşturduğu elektriksel uyarımları kullanarak birbirleriyle iletişim kurarlar. Ateşlenen tek bir nöron EEG elektrotları tarafından fark edilemese de, bir grup nöron senkronize şekilde tekrar tekrar ateşlendiğinde, beynin içinde yayılan titreşimli elektriksel dalgalanmalar gözlemlenebilmektedir.

En yüksek frekanslı dalgalar gama dalgalarıdır ve 25 ile 140 hertz arasındadırlar. İnsanlardaki gama dalgaları çok iyi konsantrasyon durumundayken gerçekleşir. Skalanın diğer ucunda delta dalgaları bulunur. Delta dalgalar en düşük frekansa sahiptirler; yaklaşık 0.5 ila 4 hertz arası. Derin uyku esnasında ortaya çıkan dalga türleridir.

Tüm dalga türleri her an mevcut olsa da, bir beyin dalga türü daima baskın gelmektedir. Bilim insanları uzun süredir bu yoğun çalışmanın neye hizmet ettiğini anlamaya çalışıyorlar. Son 30 yıldır da bununla ilgili bazı ipuçları elde etmeye başladılar. Örneğin 1994 yılında fareler üzerinde yapılan deneyler gösterdi ki, uyku esnasındaki titreşimli aktivite şekilleri, daha önceki bir öğrenme alıştırmasını yansıtmaktaydı.  Bilim insanları bu dalgaların anıları pekiştirmeye yardımcı dalgalar olabileceğini iddia ettiler.

Beyin dalgaları aynı zamanda bilinçli algıyı da etkiliyor gibi görünüyor. Kaliforniya Berkeley Üniversitesi’nden Randolph Helfrich ve arkadaşları, transkranyal alternatif akım stimulasyonu (tACS) denilen noninvazif bir teknik (müdahale edilmeyen teknik) kullanarak, 40 hertz civarındaki gama titreşimlerini yükseltmeyi ya da azaltmayı sağlayan bir yöntem geliştirdiler. Bu titreşimler üzerinde ayarlamalar yaparak, hareket eden noktaları algılayan bir kişinin, bu noktaları yatay ya da dikey algılamasını etkileyebildiler.

 Sağlıklı Titreşimler

Ama bu titreşimler bazı hastalıklarda bozulabilirler. Mesela Parkinson hastalığında, motor alanlarda beta dalgalarında artış  görülmektedir; beden hareketlerinde problemler gözlemlenmektedir. Sağlıklı bir beyinde, beden hareketinden hemen önce beta dalgaları baskılanmaktadır. Ama Parkinson hastalığında, nöronlar senkronize bir aktivite modelinde sıkışıp kalmış gibi görünmektedirler. Bu da esneklik kaybına ve hareketlerde güçlüğe neden olmaktadır.

İngiltere Oxford Üniversitesi’nde Parkinson hastalığı üzerine çalışan Peter Brown, beta dalgalarının azaltılmasıyla semptomların mevcut tedavilerinin sonuç verebileceğini söylüyor.

Alzeimerlı kişilerde gama titreşimlerinde azalma görülmektedir. Tsai ve arkadaşları, gama dalga aktivitesinin yeniden canlandırılıp canlandırılamayacağını ve eğer başarılı olunursa, bunun hastalık üzerinde her hangi bir etkisi olup olmayacağını merak ettiler.

Optogenetik kullanarak çalışmalarına başladılar. Optogenetik, beyin hücrelerinin direk olarak yanıp sönen bir ışığa tepki vermek üzere düzenlenmesidir. 2009 yılında Tsai’nin arkadaşları ve Christopher Moore, ilk defa olarak, bu teknik ile fare beyninin belirgin bir bölümünde gama titreşimlerinin yönetilebileceğini gösterdiler.

Tsai ve arkadaşları, titreşimlerle uğraşmanın bir dizi biyolojik olayı harekete geçirdiğini fark ettiler: Beyindeki bağışıklık hücreleri olan mikrogliyaların şeklinin değişmesine sebep olan gen anlatımındaki değişiklikleri başlatır. Hücreler bilhassa tutucu moduna girerler ve bu da, beyindeki amyloid- β gibi zararlı birikimlerin daha kolaylıkla atılmasını sağlar. Koroshetz, nöroimmunite bağlantısının hem yeni hem de çok etkileyici olduğunu söylüyor. “Beyindeki mikrogliya gibi immun hücrelerin rolü son derece önemlidir ama çok iyi anlaşılmamaktadır.”

Eğer tekniğin terapötik bir bağlantısı olsaydı, Tsai ve arkadaşlarının beyin dalgalarını manipüle etmek için çok daha az invazif bir yol bulmaları gerekiyordu. Belirgin frekanslarda yanıp sönen ışıkların, beynin bazı bölgelerindeki titreşimleri etkiledikleri görüldü. Amyloid birikimi eğiliminde olan genç fareleri, 1 saat boyunca titreyen LED ışıklarına maruz bıraktılar.  Bu durum, serbest salınan amiloitte azalmaya sebep oldu, ama bu geçiciydi. 24 saatten daha az sürdü ve görme korteksi ile sınırlıydı.

Amiloit plakları olan hayvanlarda daha uzun süreli bir etki yaratabilmek için 1 hafta boyunca her gün 1 saat deneyi tekrarladılar ama bu sefer plakların zaten şekillenmeye başladığı daha yaşlı fareleri kullandılar. Deneyden 24 saat sonra, bu hayvanlarda kontrol grubundakilere kıyasla görsel korteksteki plak miktarında %67 azalma görüldü. Ekip ayrıca gördü ki, bu teknik Alzeimer hastalığının başka bir belirtisi olan Tau proteinini de azaltmaktadır.

Alzeimer plakları, ilk negatif etkilerini görsel korteks de değil de, hipokampüste göstermektedirler. Gerekli titreşimleri sağlayabilmek için, Tsai ve arkadaşları başka teknikler de araştrıyorlar. Mesela 40 hertzlik bir gürültü yapmak farelerin hipokampüslerinde amiloit azalmasına neden oluyor gibi görünüyor. Bunun nedeni belki de hipokampüsün görsel kortekse değil de, işitsel kortekse daha yakın olmasıdır.

Tsai ve MIT’de sinirbilimci olan arkadaşı Ed Boyden, Cambridge’de ‘Cognito Therapeutics’ (Bilişsel Tedavi) adında bir şirket oluşturdular ve benzer tedavileri insanlarda uygulamayı hedefliyorlar. Geçen yıl bir deneme testi yaptılar. Bu test dahilinde, Alzeimer hastası 12 kişiye gözlük gibi takılabilen ve yanıp sönen ışıklı bir alet taktılar.

Alzeimer hastalığıyla ilgili fare örneği hastalığı tam olarak yansıtmıyor. Fareler de umut vaad eden pek çok terapi, insanlarda başarısızlıkla sonuçlandı.

Başka bilim insanları da, beyin dalgalarını kontrol etmenin Alzeimer hastası olan insanlarda nasıl işe yarayacağını anlamaya çalışıyorlar. Boston, Harward Tıp Okul’ndan Emiliano Santarnecchi : “Tsai’nin çalışmasının son derece sıra dışı olduğunu düşündük.”  Santarnecchi ve ekibi zaten beyni uyarmak için tACS kullanmaktaydılar. Bunun yanıp sönen ışıklardan daha güçlü bir etki yaratıp yaratmayacağını merak ediyorlardı. “Bu tür uyarımlar, duyusal uyarımlardan çok daha fazla beynin bazı bölgelerini uyarabilirler. Tsai nin çalışmalarındaki sonuçlardan sonra, bunun Alzeimer hastalarında denenmesi gereken basit bir şey olduğunu analdık.”

Çalışma ekibi, klinik testlere başladı: Alzeimer hastası olan 10 kişi iki hafta boyunca her gün 1 saat tACS alıyorlar. İkinci bir test Boyden ve Tsai ile birlikte yapılacak ve aktive olan mikroglia sinyallerini ve Tau proteininin seviyesini gözlemleyecek. Yıl sonuna dek her iki testin de sonuç elde etmesi bekleniyor.

Knight: “Tsai’nin hayvanlar üzerindeki çalışmaları, titreşimlerin hücresel metabolizmada  etkili olduğunu gösteriyor. Ama aynı etkinin insanlarda görülüp görülmeyeceği başka bir konu. Sonuç her ne olursa olsun farklı bilgiler elde edilecektir.”

Kaliforniya Stanford Üniversitesi’nden Dora Hermes: “Çalışmalar risk de içeriyor. Gama titreşimleri, ışığa duyarlı epilepsi hastalarında nöbetler e sebep olabilir.” Sara, çok meşhur bir Japon çizgi filminden örnek veriyor. Çizgi filmde, yanıp sönen kırmızı mavi ışıklar vardı ve bazı izleyicilerin nöbet geçirmesine yol açtı. “ Bu bölümü o kadar çok kişi izlemişti ki, aynı gün içinde acil servislere 700 fazla hasta gelmişti.

Beynin Canlandırılması

 Her ne olursa olsun, nörolojik rahatsızlıkları tedavi etmede ilaç yerine nöromodulasyon kullanımı konusunda gittikçe artan bir eğilim söz konusu. (Nöromodulasyon: vücudun hedeflenen bölgelerine elektrik uyarıları veya kimyasal maddeler verilerek sinir aktivitesinin değiştirilmesine dayanan bir tedavi yöntemidir.) Insel: “Nöral devre aktivitesini değiştirerek Parkinson, kronik ağrı, obsesif kompulsif bozukluk ve depresyon rahatsızlıklarında ilerlemeler kaydedilebileceğine dair çok güzel kanıtlar bulunmaktadır. Bu önemli çünkü şu ana dek nörolojik rahatsızlıklarda uygulanan ilaç tedavilerinde tam bir spesifite sağlanamadı. Korohertz, fon bulma enstitülerinin yenilikçi, invazif olmayan ve insana çabuk aktarılabilen tedavilere sıcak baktığını söylüyor.

Boyden, fareler ile ilgili makalelerinin yayımlanmasından beri diğer pek çok araştırmacının aynı tekniği kullanmak istediklerini belirtti. Ama halen üzerinde çalışılması gereken çok şey var. “Beynin farklı bölgelerinde en etkili ve invazif olmayan bir şekilde titreşimleri kontrol etmeyi başarabilmeliyiz. Bilim insanlarının bulduğu en basit metotlardan bir tanesi de nörolojik geribildirimdir. Bu yöntem ile anksiyete, depresyon ve dikkat eksikliği bozukluğu gibi birçok hastalığın tedavilerinde kısmen başarı sağlandı. Tekniği kullanan kişilere EEG ile ölçüm sonrası, görsel veya işitsel olarak geribildirim alarak beyin dalgalarını kontrol etmeleri öğretilmektedir.

Chicago Northwestern Üniversitesi’nde sinir bilimci olan Phyllis Zee ve arkadaşları, sağlıklı ve daha yaşlı kişilere uyurken, ‘pembe gürültü’ (bir şelale gibi ses veren ses dalgaları) titreşimleri verdiler. Derin uykunun özelliği olan delta salınımlarını elde etmeye çalışıyorlardı. Uykunun bu özelliği yaşla beraber azalır ve anıları pekiştirme yeteneğinin azalması ile ilişkilendirilir.

Şu ana kadar ekip, stimulasyonun (uyarımın) yavaş dalgaların genliğini artırdığını buldular ve bu önceki gece öğrenilen kelime çiftlerinin hatırlanmasının % 25-30 oranında artmasıyla ilişkilendirildi. Zee’nin ekibi, uzun süreli akustik stimulasyonun hafif bilişsel bozukluk yaşayan kişilere yardımcı olup olmadığını bulmaya çalışıyorlar.

Her ne kadar nispeten güvenli olsalar da, bu tür teknolojilerin yine de sınırlandırılmaları mevcut. Mesela sinirsel geribildirimi öğrenmek kolaydır ama etki yaratması uzun sürebilir ve sonuçlar genellikle kısa vadelidir. Magnetik ya da akustik stimulasyon kullanılan deneylerde, beynin tam olarak hangi bölümünün etkilendiğini bilmek zordur.

Tedavilere yardımcı olma olasılığının yanısıra, bu çalışmalar ayrıca genel olarak da nöral titreşimler alanında bir başarı sağlayabilir;  davranışlar ve beynin bütüncül olarak nasıl çalıştığına dair bir bağlantı kurulabilir.

Shadlen, titreşimlerin (salınımların) insan davranışı ve bilincinde rol oynadığı fikrine açık olduğunu söylüyor. Ama şimdilik, insanların sihirli sözlerle atıflarda bulunduğu titreşimlerin, direk olarak bu konudan sorumlu olduğunu düşünmüyor. Shadlen: “Bu beyin ritimlerinin önemli beyin süreçleri olduğunu kesinlikle kabul ediyorum. Ama senkronize aktivite artışlarının anlamlı olduğu ve belirgin bir frekansta inputları aniden hareket ettirmenin bilincimizdeki farkındalık üzerinde de etkili olacağı fikrini kabul etmek için çok daha fazla açıklamalar yapılması gerekiyor.”

Rolleri her ne olursa olsun, Tsai en çok beyin dalgalarını kontrol altına almak ve hastalığa karşı kullanmak istiyor. Cognito Therapeutics çalışanları, ikinci ve daha büyük bir deneme için onay aldılar. Bu denemede terapinin Alzeimer hastalığı üzerinde etkisi olup olmadığı incelenecek. Bu arada Tsai ve arkadaşları,  downstream biyolojik etkiler hakkında daha fazla bilgi edinmeye ve invazif olmayan teknolojiler ile hipokampüsü nasıl daha iyi hedefleyeceğini bulmaya çalışıyorlar.

Tsai için bu kişisel bir iş. Kendisini yetiştiren büyükannesi bunama geçirmişti. Tsai: “Büyükannemin o hali bende çok derin izler bıraktı. Hayatımızın en önemli mücadelesi bu. Ben de bunun için elimden geleni yapacağım.”

Çeviren : Sıdıka ÖZEMRE
https://www.nature.com/articles/d41586-018-02391-6?utm_source=twt_na&utm_medium=social&utm_campaign=naturemarketing

Check Also

İnsan Hücrelerinde Yeni Bir DNA Yapısı

Bilim İnsanları İnsan Hücrelerinde Yeni Bir DNA Yapısı Keşfettiler.  DNA sadece çift sarmal değil! Bilim ...